BAB II DASAR TEORI
2.6 Medan Magnet Bumi
Pengertian umum medan magnet bumi adalah medan dimana dapat dideteksi distribusi gaya magnet. Pada tahun 1839 Gauss pertama kali melakukan
31
analisa harmonik dari medan magnet bumi untuk mengamati sifat-sifatnya (Indratmoko dkk, 2009).
.
Gambar 2.10 Medan Magnet Bumi
(https://lampukecil.com, diakses pada bulan April 2017).
Magnet bumi adalah harga kemagnetan dalam bumi. Diyakini bahwa arus listrik mengalir dalam inti besi cair dari bumi dan menghasilkan medan magnet. Kerapatan fluks magnet B sekitar 0,62 x 10-4 Wb/m2 (0.062 nT) di kutub utara magnet dan sekitar 0,5 x 10-4 Wb/m2 (0,05 nT) di garis lintang 40o. Sumbu simpul arus magnetik efektif berada pada 11o dari sumbu rotasi bumi (Liang Chi Shen, 2001).
(Pada tahun 1893 Gauss pertama kali melakukan analisa harmonik dari medan magnetik bumi untuk mengamati sifat-sifatnya. Analisa selanjutnya yang dilakukan oleh para ahli mengacu pada kesimpulan umum yang dibuat oleh Gauss yaitu:
32
2) Medan yang teramati di permukaan bumi dapat didekati dengan persamaan harmonik yang pertama yang berhubungan dengan potensial dwikutub di pusat bumi. Dwi kutub Gauss ini mempunyai kemiringan 11.5o terhadap sumbu geografi.
Medan magnet bumi terkarakterisasi oleh parameter fisis atau disebut juga elemen medan magnet bumi yang dapat diukur yaitu meliputi arah dan intensitas kemagnetannya. Parameter fisis tersebut meliputi (Siahaan, 2009):
1. Deklinasi (D)
Yaitu sudut antara utara magnetik dengan komponen horizontal yang dihitung dari utara menuju timur.
2. Inklinasi (I)
Yaitu sudut antara medan magnetik total dengan bidang horizontal yang dihitung dari bidang horizontal menuju bidang vertikal ke bawah.
3. Intensitas Horizontal (H)
Yaitu besar dari medan magnetik total pada bidang horizontal. 4. Medan magnetik total (F)
33
Gambar 2.11 Elemen Magnetik Bumi (Reynold, 1997)
Kalau kita anggap terdapat suatu arus listrik mengalir dengan arah timur-barat di permukaan timur-timur-barat di permukaan inti bumi, maka arus lisrik tadi akan menyebabkan medan listrik yang diamati di permukaan bumi, maka arus listrik tadi akan menyebabkan medan yang diamati di permukaan bumi. Jikalau seseorang melilit kawat beraliran listrik mengelilingi suatu bola, maka akan dihasilkan suatu medan dengan kutub ganda. Keadaan demikian idak dapat menerangkan medan yang diukur di lapangan, karena adanya variasi sekuler. Demikian juga dikeahui bahwa sumbu medan magnet dengan sendirinya juga membalik kira-kira satu juta tahun (Untung, 2001).
Medan magnet utama bumi berubah terhadap waktu sehingga untuk menyeragamkan nilai-nilai medan utama magnet bumi, dibuat standard nilai yang disebut dengan International Geomagnetiks Reference Field (IGRF) yang diperbaharui tiap 5 tahun sekali. Nilai-nilai IGRF tersebut diperoleh dari hasil
34
pengukuran rata-rata pada daerah luasan sekitar 1 juta km yang dilakukan dalam waktu satu tahun.
1. Medan Magnet Utama
Medan magnet utama secara teoritis disebabkan oleh sumber dalam bumi, magnetisasi permanen oleh aliran arus listrik atau arus listrik yang keluar masuk bumi. Beberapa teori menganggap bumi tersusun oleh besi dan sumber magnetik, dua materi yang dikenal sebagai konduktor yang sangat baik. Adapun penyusun inti bumi sumber magnetik merupakan dinamo berkonduktivitas tinggi dan bergerak dengan mekanisme yang kompleks, seperti arus atau senyawa kimia dan variasi termal beserta alirannya. Kombinasi gerak dan arus tersebut disebabkan terjadinya medan magnet (Telford, 1982).
Penelitian mengenai sumber medan magnet utama bumi yaitu sumber dari luar dan dari dalam bumi dilakukan oleh Gauss pada tahun 1838 yang menyimpulkan bahwa medan magnet utama bumi yang terukur di permukaan bumi hampir seluruhnya disebabkan oleh sumber dari dalam bumi. Sedangkan sumber dari luar bumi pengaruhnya sangat kecil (Blakely, 1995). 2. Medan Magnet Luar
Medan ini merupakan sebagian kecil dari medan utama, yaitu hanya 1% dari medan bumi dan berasal dari luar bumi. Medan ini berhubungan dengan arus listrik yang mengalir pada lapisan terionisasi yang terletak di atas atmosfer. Perbedaan waktu untuk medan ini lebih cepat dari padamedan utama, beberapa efeknya adalah sebagai berikut (Telford,1982):
35
a. Perputarannya berdurasi 11 tahun dan berkorelasi dengan aktivitas matahari.
b. Variasi diurnal matahari mempunyai periode 24 jam dan mempunyai range 30 nT dan berubah menurut garis lintang dan musim kemungkinan dipengaruhi oleh aksi matahari pada lapisan ionosfer.
c. Mempunyai periode 25 jam (variasi diurnal bulan) dengan range kira-kira 2 nT, yang diasosiasikan dengan interaksi bulan-ionosfer.
d. Acak yaitu adanya badai magneti yang merupakan gangguan transient dengan amplitudo sebesar 1000 nT pada semua garis lintang. Pada puncak badai magnetik, praktis eksplorasi dengan menggunakan metode magnetik tidak berguna.
3. Anomali Magnetik Lokal
Medan magnet lokal sering juga disebut medan magnet anomali (crustal field). Medan magnet ini dihasilkan oleh batuan yang mengandung mineral bermagnet seperti magnetik (Fe7S8), titanomagnetik (Fe2TiO4) dan lain-lain yang berada di kerak bumi. Potensial magnet di suatu titik yang disebabkan oleh batuan yang mempunyai magnetisasi momen dipol per satuan volum (M) adalah (Grant dan West, 1965):
3 0 0 1 . ) ( d r r r M r U (2.1) jika M konstan dengan arah k, makak M M .
36
3 0 0 1 . ) ( d r r r M k M r U (2.2)Karena medan magnet anomali jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan medan magnet utama, maka medan magnet anomali terukur pada arah medan magnet utama. Jika komponen adalah ∆T maka:
a U T (2.3) dimana a adalah arah dari medan magnet utama, dengan kata lain
z i y i x i a sin cos cos sin cos (2.4) dimana i adalah inklinasi dan λ adalah deklinasi terhadap sumbu y
Gambar 2.12 Medan Magnet Anomali (Telford, 1979)
4. Variasi Medan Magnet
Variasi medan magnet ini berbah-ubah menurut waktu yang beragam ordenya dari mili detik sampai ratusan tahun. Variasi medan magnet bumi terhadap
37
waktuini dikelompokkan menjadi variasi sekuler dan variasi harian (Diurnal Variation) (Srijatno, 1980).
Variasi sekuler merupakan variasi yang ditimbulkan adanya perubahan internal bumi, dimana perubahannya sangat lambat (orde puluhan sampai ratusan tahun) untuk bisa mempengaruhi harga medan magnet.
Variasi diurnal merupakan variasi yang secara dominan ditimbulkan oleh gangguan matahari. Radiasi ultraviolet matahari menimbulkan ionisasi lapisan ionosfer. Adanya ionisasi ini dan juga adanya elektron-elektron yang terlempar dari matahari juga akan menimbulkan fluktuasi arus sebagai sumber medan magnet. Sifat perubahan harian ini acak tetapi periodik dengan periode rata-rata sekitar panjang hari matahari (24 jam). Periode perubahan berkisar (Baisa, 2007):
10 gamma−30 gamma
Variasi yang lain adalah badai magnetik yang diakibatkan oleh aktivitas matahari, bersifat acak, berharga besar sehingga daapat mengacaaukandata peengamat (Srijatno, 1980).